臨近淺基礎(chǔ)的樁板式支擋基坑坑底抗隆起穩(wěn)定性驗算探討

劉華強，范海濤，田玉中 （四川正基巖土工程有限公司，四川 綿陽 621000）

樁板式支擋結(jié)構(gòu)是排樁支護結(jié)構(gòu)和地下連續(xù)墻支護結(jié)構(gòu)的統(tǒng)稱，由于該支擋形式有占用空間小、安全性高等優(yōu)點，在基坑開挖工程中被廣泛應(yīng)用。采用該支護結(jié)構(gòu)對基坑支護時，現(xiàn)行的《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120-2012）（以下簡稱“規(guī)程”）要求對其基坑坑底抗隆起穩(wěn)定性驗算（懸臂式支擋結(jié)構(gòu)除外），但“規(guī)程”中的隆起驗算公式對臨近建筑物的基底荷載的計算方法均未明確，常在實際工程中給技術(shù)人員帶來困擾。本文主要對臨近建筑中兩種常見淺基礎(chǔ)（矩形基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)）的基底荷載在坑底抗隆起穩(wěn)定性驗算中的影響進行分析探討。

1 臨近基坑的淺基礎(chǔ)基底荷載影響的簡化處理

目前國內(nèi)對基坑坑底隆起穩(wěn)定性主要采用經(jīng)驗法進行驗算，該方法先在不利位置設(shè)一水平計算截面，將基坑內(nèi)外的豎向荷載投影到計算截面上進行穩(wěn)定性計算，驗算模式主要有地基極限承載力模式和圓弧滑動模式，計算簡圖見圖1。

圖1 基坑坑底抗隆起計算簡圖

對于臨近基坑淺基礎(chǔ)基底荷載的影響，目前國內(nèi)相關(guān)規(guī)范均未涉及，理論上可以采用基于半無限空間彈性體上的彈性力學理論近似計算基底附加荷載在計算截面上各個位置的豎向應(yīng)力[2]，但該方法過于繁瑣，工程中很少采用，如將基底附加荷載按一定角度擴散的方式進行計算可大大簡化該計算過程。文獻[3]利用Midas/GTS有限元數(shù)值模擬軟件對基底附加荷載在地基土中產(chǎn)生的應(yīng)力大小和分布進行了分析研究，并繪制出了地基土中豎向附加應(yīng)力分布圖（圖2）。通過圖2可知，由基底荷載引起的豎向附加應(yīng)力水平向主要分布在基礎(chǔ)周邊一倍B（B為基礎(chǔ)寬度）的范圍內(nèi)，豎向應(yīng)力＞0.2P的影響深度為2.5B，豎向應(yīng)力＞0.1P的影響深度為4.5B，對應(yīng)豎向應(yīng)力水平最大分布寬度在距離基礎(chǔ)底面2.5B深度處。根據(jù)圖2也可以估。算出豎向應(yīng)力在地基土中的擴算角為22°。文獻[4]建議°豎向應(yīng)力在普通土層中的擴算角。取22，密實砂土、卵石及堅硬土層取30°。

通過以上分布表明，當基坑距離淺基礎(chǔ)邊緣小于基礎(chǔ)寬度B時，應(yīng)考慮基礎(chǔ)荷載對基坑坑底隆起穩(wěn)定的影響，其它情況可視基坑的重要性進行綜合分析。當考慮淺基礎(chǔ)對坑底隆起影響時，其附加應(yīng)力在計算截面上的大小可采用豎向附加應(yīng)力擴散法（以下簡稱“擴散法”）進行簡化計算，計算簡圖見圖3。

①當計算截面距離基底距離大于等于2.5B（密實砂土、卵石及堅硬土層為2.0B，下同)時，

對于矩形基礎(chǔ)：

圖2 豎向附加應(yīng)力分布圖

圖3 基底附加荷載擴算

式中：p1為擴散后的附加荷載；p0為基礎(chǔ)底面附加荷載；B為基礎(chǔ)寬度；L為基礎(chǔ)長度；其余符號見圖3。

對于條形基礎(chǔ)：

②當計算截面距離基底距離小于2.5B時，應(yīng)按擴算法計算基底荷載影響范圍及擴散后的附加應(yīng)力值，計算中普通土層擴散角θ可取22°，密實砂土、卵石及堅硬土層擴散角θ可取30°，由于篇幅所限其計算公式不再贅述。

2 臨近淺基礎(chǔ)荷載影響的基坑坑底隆起穩(wěn)定性驗算

2.1 地基承載力模式

地基承載力模式是基于均質(zhì)地基的極限承載力的分析方法，在考慮基礎(chǔ)底面附加荷載后，其受力簡圖見圖4，其隆起穩(wěn)定性驗算可按公式（3）計算。

圖4 考慮臨近基礎(chǔ)荷載的地基承載力模式

式中各符號的解釋參考“規(guī)程”及公式（1）或（2）。

當支擋結(jié)構(gòu)底面以下有軟弱下臥層時，應(yīng)按公式（6）計算。

式中D為支擋結(jié)構(gòu)底面至軟弱下臥層頂面的豎向距離，其余符號見公式（3）。

2.2 圓弧滑動模式

圖5 考慮臨近基礎(chǔ)荷載的圓弧滑動模式

圓弧滑動模式是以樁板式支擋結(jié)構(gòu)上某一點為圓心，以通過樁或墻底的圓弧為假定滑動面的力矩平衡分析法，圓心點通常位于最下道支撐或錨固點O（簡圖5），該分析方法在軟土地區(qū)常被采用。在臨近建筑淺基礎(chǔ)荷載的影響下，參考“規(guī)程”計算公式并考慮基坑內(nèi)土體和支擋結(jié)構(gòu)的抗隆起抵抗作用，假定基底附加荷載影響范圍完全覆蓋基坑外側(cè)滑動圓弧，可推出抗隆起穩(wěn)定性驗算公式（7），計算簡圖見圖 5。

式中：Msk為支擋結(jié)構(gòu)抵抗力矩標準值；i、j分別為坑內(nèi)、坑外土條編號；R為滑動圓弧半徑，等于O點到支擋結(jié)構(gòu)底部的長度，其它符號見“規(guī)程”。

3 結(jié)語

①通過對淺基礎(chǔ)基底附加荷載引起的地基土豎向應(yīng)力分布范圍的研究表明，當基坑距離淺基礎(chǔ)邊緣小于基礎(chǔ)寬度B時，基底附加荷載對坑底隆起的影響明顯，驗算中應(yīng)考慮該部分荷載對基坑坑底隆起的作用。

②通過基底附加應(yīng)力擴散法簡化了計算截面上豎向附加應(yīng)力的計算。

③地基承載力模式是基于均質(zhì)地基極限承載力計算公式修正而來，但該模式并沒有考慮與支擋結(jié)構(gòu)底端以下土體對地基承載力的有利貢獻，也沒有考慮基礎(chǔ)寬度項對地基承載力的有利貢獻，因而公式（3）、（6）的計算結(jié)果是偏于安全的。

④圓弧滑動模式是基于力矩平衡法進行分析的，本文推導(dǎo)的公式（7）參考文獻[5]考慮了基坑內(nèi)土體和支擋結(jié)構(gòu)的有利作用，與實際工程更符合。

⑤由于基坑隆起破壞的作用機理復(fù)雜、影響因素較多，加之各地土質(zhì)差別較大，文中提供的計算方法應(yīng)僅可用于一定條件下臨近淺基礎(chǔ)的基坑坑底抗隆起穩(wěn)定定性分析，對于坑底抗隆起的定量分析建議采用有限元法等數(shù)值方法。